随着新能源汽車行業的高速發展，作為配套設施的充電樁發展也十分迅速。除家用充電樁外，大批量的公共充電場站已經建成。2019年，我國電動汽車公共充電樁共建設超過17.4萬台，截止到目前，電動汽車公共充電樁保有量超過 51.6萬台，其中，交流充電樁 30.1萬台，直流充電樁21.萬台。

随着行業進一步發展成熟和補貼的退坡，充電站的運營和維護必然告别過去的粗放式管理，進入到精細化管理的新階段。作為充電站運營的主要成本，電損必然是廣大運營商關注的重點。

目前大多數運營商對充電樁電損規律缺乏了解，行業内也缺少相關數據和标準。在充電站規劃設計階段，沒有電損數據進行參考，必然會影響到投資收益計算的準确性。在運營階段，缺少電損的評價标準，不能有效識别出電損異常必然會影響電站收益。而且對電損明顯偏高的現象也無法分析背後的原因。總之，我們缺少對充電樁電損的正确認知，缺少電損審核手段和排查方法。

一般充電站按照進線電壓等級不同可以分為高壓（10kV）充電站和低壓 （380V）。其區别在于高壓站的産權分界點在變壓器高壓側，計量點也在高壓側，充電站的電損包括了變壓器的損耗。除去變壓器的損耗，所有類型的充電站都包括線路損耗和充電樁損耗。

（1）充電樁損耗

其中充電樁損耗又分為待機電損和充電電損。充電電損可以用充電效率體現。充電樁待機電損指的是在待機狀态下，充電樁維持内部元器件工作所消耗的電能。

《NB/T33001 2018 電動汽車非車載傳導式充電機技術條件》中規定：在額定輸入電壓下，充電機的待機功率不應大于N*50W（N 表示充電接口數量）。此處指的是一台直流樁如果有一把充電槍，其待機功率不應大于50W，如有兩把槍不應大于 100W。待機功率乘以待機時長等于待機電損，例如待機功率50W 的樁一天的待機電損為24*50=1200Wh。即每天消耗 1.2 度電。一般産品的待機功率均小于标準要求。充電樁充電電損或充電效率。充電效率指的是充電樁在充電狀态下，輸出功率與輸入功率的比值，輸入功率與輸出功率的差值既是充電電損。在 《NB/T33001 2018 電動汽車非車載傳導式充電機技術條件》中規定：

圖1，在充電負載率處于20%到50%之間時，要求充電效率不低于88%，即電損率不大12%。在50%到100%負載率時，充電效率不低于93%，即電損率不大于7%。一般的産品标稱的峰值效率均達到95%以上。下圖是某一台直流樁的實測充電電損率。

圖1 充電樁在不同輸出功率下的效率标準

圖2，實測獲得的某型号充電樁在不同負載率下的效率曲線。可見實際産品能夠滿足标準要求。

圖2 充電樁在不同負載率下的效率曲線

其計算公式是：

（2）線路損耗

線路電損指的是充電樁到電費計量點之間的電纜線路上的電能損耗。線損與電纜的長度和截面積相關。線損與電流的平方成正比，同時線損還受溫度的影響。

其計算公式是：

（3）變壓器損耗

變壓器損耗，包括空載損耗（鐵損）和負載損耗（銅損）。鐵損是指變壓器在額定電壓下，在鐵芯中消耗的功率，其中包括激磁損耗與渦流損耗。銅損是指變壓器一、二次電流流過線圈電阻所消耗的能量之和，由于線圈多用銅導線制成的，故稱銅損，與電流以的平方成正比。變壓器鐵損和銅損可以通過查詢變壓器的空載功率和負載功率進行計算。

其計算公式是：

電力公司對工業用戶的電費計算方法是：有功電度電費 基本電費 功率因數調整電費。如果功率因數低于标準，電力公司會收取相應的功率調整電費。一般來說電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷。在運行過程中電網向這些設備提供相應的無功功率。而無功功率在電網内吞吐，并 不會消耗。但是電網内傳輸的無功功率增加會造成發電機組有功出力降低和線損增加。總之電網需要控制無功功率的占比即控制功率因數。并對功率因數不合格的用戶收取相應的費用，也就是電網通過經濟手段達到控制功率因數的目的。

一般在用戶側安裝并聯電容器等無功補償設備以後，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了從電網吸收的感性無功、使功率因數提高。由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。

充電站需不需要無功補償，就需要搞清楚充電樁運行時的功率因數。能源局标準《NB T 33001-2018_電動汽車非車載傳導式充電機技術條件》中規定直流充電樁充電時功率因數大于 0.95。實際産品都能滿足此标準。

為了分析充電站的功率因數，以一個典型充電站為例。下圖是一個高壓進線 的充電站一次系統圖。該站的基本配置是一台 630kVA 變壓器，5台120kW直流樁，配置120kVar電容補償。計量點位于變壓器高壓側。

圖3 充電站電氣一次系統圖

我們已經知道充電樁的功率因數大于 0.95，按照這個場站的配置情況，功率因數應該是符合電網要求的。而實際上在投入運營後，連續幾個月都因功率因數不合格被罰款了。運營商也十分苦惱，甚至懷疑充電樁的功率因數不合格。将無功補償投入，結果卻發現适得其反。

到底是什麼原因造成的功率因數不合格呢？

變壓器所吸收的無功功率不能被忽略，其無功功率等于當變壓器滿載荷供電時其額定容量的 5％。變壓器無論是在空載還是負載運行時，均從電網吸收無功。電網在考核功率因數時，用每月的有功電量和無功電量計算出功率因數。在充電站運營初期，由于充電量較低，相應使用的有功電量較少，而使用的無功電量固定不變，無功電量占比過高造成功率因數不合格。随着運營情況的好轉，充電量提高，功率因數也會提高。

為何投入電容沒有啟動無功補償的效果呢？

這是因為電容并聯在低壓母線上，其控制功率因數采樣點位于低壓進線櫃。 其控制的目的保證低壓母線上的功率因數合格。但是無法保證變壓器高壓側的功率因數合格。該站配置的是固定式無功補償，業主将全部電容模塊投入。從而造成了過補償，即容性無功補償完變壓器消耗的感性無功，多餘的無功電量輸送到了電網。而電網計量無功電量時不區分方向，輸出的無功電量也作為消耗無功電量計算。故結算時的功率因數不合格。

當在高壓側計量的時候，将功率因數提高到一個能使整個場站的功率因數合格就足夠了。變壓器的無功損耗可以通過調整電容器組使負荷的功率因數稍微超前而進行完全補償。在這種情況下，當變壓器高壓側的輸入功率因數是 1 時，變壓器所有的無功都由電容器組提供。

通過對充電場站的電損構成和計算方法的研究，開發了電損管理軟件。輸入充電站基本參數即可計算出在不同充電量下的電損率。

圖4 電損管理軟件界面

一個配置和結構确定的充電站，在充電站型号，線纜長度和規格以及變壓器型号均确定的情況下，在不同的充電量下其電損率也差别巨大。

假定一座充電站采用10kV進 線，安裝一台315kVA 變壓器，5台60kV單槍直流樁。使用作者自行開發的電損模拟軟件進行電損模拟分析，結果如圖5、圖6所示。

圖5 充電站在不同利用率下的電損率曲線

圖6 充電站在不同利用率下的電損占比

通過以上的分析我們可以發現，充電站的電損因配置不同而不同，同一充電站在不同利用率時電損率也差别很大，無法用一個簡單的标準判斷電損正常與否。

如何進行電損的監控和管理？最根本的問題是解決電損率難以評判的問題。

我們引入理論電損率的概念，按照以上的電損預測模型進行理論電損計算，将理論電損與實際電損進行對比，偏差超過一定範圍的即認為電損存在異常。

通過電損的管理可以識别出充電訂單結算異常，結算電量采集異常，設備電損異常等問題，同時為優化運行方式和設備技改提供支持。充電站一般情況下可以不安裝電容補償。如果安裝了電容補償可以在充電站低利用率時，采用過補償的方式以提高功率因數避免被電網考核。但是補償的容量需經過計算。

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